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第4章 基因的表达
第一节 基因指导蛋白质的合成
（第二课时）
3
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
1、定义：
游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。
DNA携带的遗传信息
mRNA携带的遗传信息
蛋白质
转录
翻译
mRNA：
碱基的数量
排列顺序
种类（4种）
蛋白质：
氨基酸的数量
排列顺序
种类（21种）
决定
决定
决定
这4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
1个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
2个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
3个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
4
41
16
42
64
43
组成人体蛋白质的氨基酸有21种，至少需要3个碱基对应1个氨基酸
遗传信息的翻译
(1)定义：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(3)识别：
mRNA
5'
3'
密码子
密码子
密码子
密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了64个遗传密码子。
2、密码子：
(2)位置：
mRNA上
密码子
密码子
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸 (原核起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
21种氨基酸的密码子表
真核生物的起始密码子为AUG，编码甲硫氨酸。
AUG可作为原核生物的起始密码子，编码甲硫氨酸。
原核生物也使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸。
密码子
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸 (原核起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
21种氨基酸的密码子表
UAA、UAG为终止密码子，提供翻译终止的信号。
UGA正常情况下为终止密码子，特殊情况下，可编码硒代半胱氨酸。
密码子
密码子特点
简并性：一种氨基酸可由多种密码子决定
专一性：一种密码子决定一种氨基酸
通用性：几乎所有生物共用一套遗传密码
密码子种类
（共64个）
起始密码子：2种：AUG、GUG，也编码氨基酸
终止密码子：3种：UAA、UGA、UAG（一般不编码）
普通密码子：59种：只编码氨基酸
注：共64种密码子，3种终止密码子不编码氨基酸
密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
思考讨论
增强密码子的容错性，保证翻译速度
已知一段mRNA序列为：ACUCUAUGGAAGCAUAAACUCAG，该序列通过翻译，得到对应的氨基酸序列是怎样的？
ACUCUAUGGAAGCAUAAACUCAG
起始密码子
终止密码子
氨基酸序列为：
甲硫氨酸→谷氨酸→苏氨酸
容错性
A
C
G
A
U
A
G
G
A
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
C
C
G
A
U
A
G
G
G
C
G
A
C
G
A
错误mRNA
精氨酸
精氨酸
谷氨酰胺
谷氨酰胺
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
色
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
丝
如何精准运送过来的？
tRNA
mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
思考
分子内配对
结合氨基酸的部位
CAG
反密码子
AUGGUCUGGCG
mRNA
5'
3'
游离的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
3、tRNA——运输氨基酸的工具：
1、概念：具有携带并转运氨基酸功能的核糖核酸
注意：读反密码子的方向：tRNA 5’→3’
2、形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形
3、功能：识别并转运氨基酸
4、特点：①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
②一种氨基酸可以由多种tRNA携带。
5、反密码子：每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子
互补配对，叫作反密码子。
6、种类：61或62种
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
密码子
密码子
密码子
密码子:
反密码子:
mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基
tRNA上与密码子互补的3个相邻的碱基
密码子与反密码子的比较
位
点
1
位
点
2
mRNA进入细胞质，与核糖体结合，形成2个tRNA的结合位点。
4、翻译的过程
携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
M
M：甲硫氨酸
携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
M
携带组氨酸的tRNA，以同样的方式进入位点2。
M
H
H：组氨酸
携带组氨酸的tRNA，以同样的方式进入位点2。
M
H
甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。
M
H
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1。
M
H
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
M
H
W：色氨酸
W
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
M
H
W
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
M
H
W
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
M
H
W
注意：一个mRNA可以结合多个核糖体，同时合成多条相同肽链
核糖体
mRNA
意义：
少量的mRNA分子可以
迅速合成大量的蛋白质
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
判断mRNA合成方向：
肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。
概念
场所
时期
条件
以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫作翻译。
细胞质的核糖体
个体生长发育的整个过程
遗传信息的翻译
模板
原料
酶
能量
工具
mRNA
21种游离的氨基酸
多种酶
ATP等
遗传信息的翻译
tRNA
特点
精确复制的原因
产物
一条mRNA上可结合多个核糖体，同时合成多条相同的肽链
碱基互补配对原则A－U、U－A、G－C、C－G
具有一定氨基酸序列的多肽（蛋白质）
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
遗传信息的流动方向
mRNA→蛋白质
提醒：肽链合成后，通常经过盘曲折叠，才能形成特定空间结构和功能的蛋白质分子。
4
几个相关比较
项目 存在位置 含义 生理作用
遗传信息 DNA 碱基的排列顺序 直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序
密码子 mRNA mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
反密码子 tRNA tRNA上与密码子互补配对的三个碱基 识别密码子
遗传信息、密码子、反密码子的比较
边转录边翻译
原核生物没有核膜，因此转录和翻译在同一空间进行，两个过程同时发生(边转录边翻译)；而真核生物主要在细胞核中进行转录，然后在细胞质中进行翻译(在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译)。　
真核细胞和原核细胞遗传信息表达的比较
先转录后翻译
核基因
真核细胞基因结构
编码区
非编码区
非编码区
编码区
非编码区
非编码区
启动子
终止子
RNA聚合酶识别结合位点，启动转录
终止转录
外显子
内含子
原核细胞基因结构
真核、原核基因结构的比较
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所）
细胞核（主要场所）
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
21种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
解旋酶 DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A-T T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U U-A G-C C-G
复制、转录、翻译的比较
5
基因表达的相关计算
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
基因表达的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？
A—C—U—G—G—A—U—C —U
UGA CCU AGA
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
ACU GGA UCU
DNA
1
3
6
mRNA
蛋白质
基因表达的相关计算
说明：因为DNA中存在非基因片段，不转录出mRNA，所以实际上DNA上所含有的碱
基数要大于6n。转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，
所以实际上mRNA中所含有的碱基数也要大于3n。因此一般题目中带有“至少”
字样才能使用这个比例关系。
1. DNA碱基数︰mRNA碱基数︰蛋白质氨基酸数=___________
6︰3︰1
2. 不考虑终止密码子:合成n个氨基酸至少需要mRNA中 个碱基，DNA中 个碱基。
3. 考虑终止密码子:合成n个氨基酸至少需要mRNA中 个碱基，DNA中 个
碱基。
3n
6n
3n+3
6n+6
6
中心法则
DNA聚合酶
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
RNA聚合酶
核糖体
DNA
mRNA
多肽链
DNA复制
转录
翻译
DNA复制和基因指导蛋白质合成的过程中遗传信息的传递方向：
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
1957年，克里克提出：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
1. 遗传物质为DNA的生物：细胞生物、DNA病毒
克里克
中心法则
1965年，科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。
复制
翻译
蛋白质
RNA
2. 含RNA复制酶的RNA病毒：烟草花叶病毒
RNA
蛋白质外壳
TMV
中心法则
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
RNA
1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
3. 含逆转录酶的RNA病毒：HIV
中心法则
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
4. 完整的中心法则
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
中心法则
生物种类 遗传信息的传递过程
以DNA作为遗传物质的生物 原核生物
真核生物 DNA病毒 以RNA作为遗传物质的生物 一般RNA病毒
逆转录病毒 (HIV)
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
复制
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
RNA
各种生物的遗传信息传递过程
中心法则分析
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
1）烟草花叶病毒（TMV）
2）人免疫缺陷病毒（HIV）、肉瘤病毒
3
1
2
3
(携带逆转录酶)
4
(部分自身携带RNA复制酶)
5
3）具备分裂能力的细胞
4）不能分裂的细胞
如造血干细胞：
1
2
3
如神经细胞、胰岛B细胞：
2
3
5）原核细胞
6）噬菌体
如大肠杆菌：
1
2
3
1
2
3
(发生在：_____________)
宿主细胞内
7
课堂小结
网络构建
基因指导蛋白质的合成
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质
逆转录
转录
tRNA
rRNA
工具
核糖体
复制
复制
脱氧核苷酸序列
核糖核苷酸序列
氨基酸序列
能 量
物 质
信 息

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